43.Атом во внешних полях. Эффект Зеемана. Эффект Штарка.

Если на атом действует внешнее магнитное поле, то его энергетические состояния изменяются. Смещение энергетических уровней под влиянием внешнего магнитного поля называют эффектом Зеемана. Различают простой (нормальный) и сложный (аномальный) эффекты Зеемана. Если спектр линия расщепл на 3 компоненты, то это простой эффект Зеемана. Если же число расщеплений больше 3, то это сложный эффект. В зависим от индукции магн поля различают норм и аномальный эффекты. В зависимости от направления и излучения относит индукции магн поля говорят о продольном и поперечном. Норма эффект Зеемана наблюд в магн полях, для котор энергия взаимод момента атомасмагн полем больше расстояния между соседними уровнями атома. Pm*B>[Em-En] аномальный эффект наблюд в случае: Pm*B<[Em-En]. При поперечном норм эффекте Зеемана изчуение симметрично расщепляется на 3 компоненты с частотами. Эффект Штарка - смещение и расщепление электронных термов атомов во внешнем электрическом поле. Дипольный момент атома во внешнем электрическом поле приобретает дополнительную энергию, которая и вызывает смещение термов атомов. Эффект Штарка имеет место как в постоянном, так и переменных (включая свет) электрических полях. В последнем случае его называют переменный эффект Штарка. Электронные термы смещаются не только во внешнем поле, но и в поле, созданном соседними атомами и молекулами. Штарковский эффект лежит в основе теории кристаллического поля, имеющий большое значение в химии. Использование переменного эффекта Штарка позволило лазерным излучением охладить атомы различных металлов до сверхнизких температур расщепление спектральных линий в электрических полях. Открыт в 1913 Й. Штарком при изучении спектра атома водорода. Наблюдается в спектрах атомов и др. квантовых систем; является результатом сдвига и расщепления на подуровни их уровней энергии под действием электрических полей. Термин «Ш. э.» относят не только к расщеплению спектральных линий в электрических полях, но и к сдвигу и расщеплению в них уровней энергии. Ш. э. был объяснён на основе квантовой мех-ки. Атом (или др. квантовая система) в состоянии с определённой энергией E приобретает во внешнем электрическом поле Εэл дополнит.энергию ΔE вследствие поляризуемости его электронной оболочки и возникновения индуцированного дипольного момента. Уровень энергии, которому соответствует одно возможное состояние атома (невырожденный уровень), в поле Εэл будет иметь энергию E + ΔE, т. е. сместится. Различные состояния вырожденного уровня энергии могут приобрести разные дополнительные энергии ΔEα (α = 1, 2,..., g где g — степень вырождения уровня;). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские подуровни, число которых равно числу различных значений ΔEα. Так, уровень энергии атома с заданным значением момента кол-ва движения h - Планка постоянная, J = 0, 1, 2,..., квантовое число полного момента кол-ва движения) расщепляется в электрическом поле на подуровни, характеризуемые различными значениями магн. квантового числа m_J; (определяющего величину проекции момента М на направление электрического поля), причём значениям - m_J и + m_J соответствует одинаковая дополнит. энергия ΔE, поэтому все штарковские подуровни (кроме подуровня с m=0) оказываются дважды вырожденными (в отличие от расщепления в магнитном поле, где все подуровни не вырождены).Различают линейный Ш. э., когда ΔE пропорционально Εэл, и квадратичный Ш. э., когда ΔE пропорционально Ε²эл. В первом случае картина расщепления уровней энергии и получающихся при переходах между ними спектральных линий симметрична, во втором ― несимметрична. Ш. э. наблюдается и в переменных электрических полях. Изменение положения штарковских подуровней в переменном поле Ε может быть использовано для изменения частоты квантового перехода в квантовых устройствах. Влияние быстропеременного электрического поля на уровни энергии атомов (ионов) определяет, в частности, штарковское уширение спектральных линий в плазме. Движение частиц плазмы и связанное с этим изменение расстояний между ними приводит к быстрым изменениям электрического поля около каждой излучающей частицы. В результате энергетические уровни атомов (ионов), расщепляясь, смещаются на неодинаковую величину, что и приводит к уширению спектральных линий в спектрах излучения плазмы. Штарковское уширение позволяет оценить концентрацию заряженных частиц в плазме (например, в атмосферах звёзд)